不同負(fù)荷時間下ETM低氧耐力訓(xùn)練對大學(xué)生體能水平的影響研究

扆 錚， 王姣姣， 尹 軍

(1.首都體育學(xué)院 體育教育訓(xùn)練學(xué)院，北京 100191；2.北京體育職業(yè)學(xué)院 競技體育系，北京 100075)

引 言

大學(xué)生是未來社會的中堅(jiān)力量，是建設(shè)國家提升國力最重要的生產(chǎn)力之一。良好的體質(zhì)健康水平是當(dāng)代大學(xué)生為國家發(fā)展、民族繁榮和個人成長作出努力的基礎(chǔ)。然而，《中國青少年體育發(fā)展報告》(2015)曾指出：“大學(xué)生各項(xiàng)身體素質(zhì)測試水平較低，同一項(xiàng)目的測試成績往往還不如中學(xué)生?！盵1]因此，如何有效提高大學(xué)生體質(zhì)健康問題已成為當(dāng)前社會關(guān)注的焦點(diǎn)。

圖1 高海拔呼吸面罩

高原訓(xùn)練是在低壓和缺氧刺激條件下的一種強(qiáng)化訓(xùn)練，會對人體產(chǎn)生較平原環(huán)境下更為深刻的刺激，有助于使人體的運(yùn)動、免疫和內(nèi)分泌等系統(tǒng)產(chǎn)生良性適應(yīng)，最終達(dá)到提高人體運(yùn)動能力的目的[2,3]。然而，真實(shí)的高原訓(xùn)練對環(huán)境的海拔高度有著特殊的要求，因此不具備大范圍推廣應(yīng)用的客觀條件。為了解決該問題，市面上出現(xiàn)了諸多模擬高原訓(xùn)練環(huán)境的器材，高海拔呼吸面罩(ETM)就是其中之一(見圖1，①為出氣口，②和③為進(jìn)氣口)。

該器材通過對出氣口和進(jìn)氣口的調(diào)節(jié)來模擬高原訓(xùn)練環(huán)境，以期達(dá)到高原訓(xùn)練的效果。本研究借助于高海拔呼吸面罩，研究不同負(fù)荷時間條件下的ETM低氧耐力訓(xùn)練對大學(xué)生體能水平的影響，以期從實(shí)踐操作層面為改善大學(xué)生體質(zhì)健康狀況提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以北京市某高校46名大三學(xué)生(男生31人，女生15人)為實(shí)驗(yàn)對象。通過SPSS22.0軟件將實(shí)驗(yàn)對象隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組，其中，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組和實(shí)驗(yàn)Ⅱ組進(jìn)行ETM訓(xùn)練，對照組不佩帶ETM，進(jìn)行傳統(tǒng)耐力訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)對象基本信息見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)對象基本信息一覽表

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)法

1.2.1.1 測試指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)對象體能水平評估包括三個方面：身體形態(tài)、身體機(jī)能和身體素質(zhì)。其中，身體形態(tài)指標(biāo)為：體重、骨骼肌質(zhì)量和體脂含量；身體機(jī)能指標(biāo)為：肺活量、第一秒時間肺活量、最大攝氧量和心率。身體素質(zhì)指標(biāo)包括：垂直縱跳(力量—爆發(fā)力)、50米跑(速度)、Beeptest(耐力)、坐位體前屈(柔韌)和T形測試(靈敏)[4]。

1.2.1.2 實(shí)驗(yàn)器材 1)高海拔呼吸面罩：該訓(xùn)練器材可以模擬海拔高度從914M到5486M的低氧環(huán)境。鑒于實(shí)驗(yàn)對象從未接受過高原訓(xùn)練或類似低氧環(huán)境下的訓(xùn)練，所以本研究將模擬海拔高度設(shè)置為914M。2)電動肺活量計(jì)：采用上海欣曼科教設(shè)備有限公司生產(chǎn)的BF-II電動肺活量計(jì)(見圖2)，測試實(shí)驗(yàn)對象的肺活量(VC)和第1秒時間肺活量百分比(FEV1%)兩項(xiàng)指標(biāo)。3)Polar心率監(jiān)控系統(tǒng)：通過該系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)對象第一次訓(xùn)練課和最后一次訓(xùn)練課的心率進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控(見圖3)。4)InBody 370體成分分析儀：測試實(shí)驗(yàn)對象體重、骨骼肌質(zhì)量和體脂含量等指標(biāo)數(shù)據(jù)(見圖4)。5)其它設(shè)備：采用BeepTest測試實(shí)驗(yàn)對象的最大攝氧量(VO2max)[5]。測試所需器材為標(biāo)志桶，秒表和卷尺等。其它測試器材包括音箱和VERTEC(用于測試垂直縱跳，見圖5)。

圖2 電動肺活量計(jì) 圖3 Polar團(tuán)隊(duì)心率監(jiān)控系統(tǒng) 圖4 體成分測試儀370 圖5 VERTEC測試

1.2.1.3 實(shí)驗(yàn)流程 實(shí)驗(yàn)開始前收集實(shí)驗(yàn)對象身體形態(tài)、機(jī)能和素質(zhì)相關(guān)測試指標(biāo)數(shù)據(jù)。

將46名大三學(xué)生隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)Ⅰ組(佩帶ETM進(jìn)行15分鐘訓(xùn)練)，實(shí)驗(yàn)Ⅱ組(佩帶ETM進(jìn)行30分鐘訓(xùn)練)和對照組(不佩帶ETM進(jìn)行30分鐘訓(xùn)練)。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行9周：第1周進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)；第2-8周進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)，每周2次訓(xùn)練課；第9周參加訓(xùn)練后測試。預(yù)實(shí)驗(yàn)在正式實(shí)驗(yàn)開始前一周進(jìn)行，分兩次課(周一和周三)進(jìn)行，第一次預(yù)實(shí)驗(yàn)課分三步進(jìn)行，其目的是熟悉訓(xùn)練流程和器材的使用方法：1)實(shí)驗(yàn)Ⅰ組和Ⅱ組佩帶ETM靜坐10分鐘，以適應(yīng)訓(xùn)練器材所帶來的不適感；對照組僅旁聽學(xué)習(xí)ETM的使用方法；2)實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組分別進(jìn)行5分鐘的慢跑運(yùn)動；3)實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組根據(jù)Beep Test音樂節(jié)點(diǎn)進(jìn)行20米折返跑，運(yùn)動時間5分鐘，運(yùn)動強(qiáng)度為測試音樂的level1-level4。第二次預(yù)實(shí)驗(yàn)課的目的是確定實(shí)驗(yàn)過程所需要的訓(xùn)練強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)Ⅱ組佩帶Polar心率表，根據(jù)BeepTest音樂節(jié)奏在Level3-Level4之間進(jìn)行30分鐘20米折返跑，訓(xùn)練后Polar團(tuán)隊(duì)心率實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)顯示受試對象平均心率達(dá)為160次/分，滿足有氧工作心率范圍的要求(最大心率的60%-85%)[5]，所以，本研究將Level3-Lever4的音樂節(jié)奏作為實(shí)驗(yàn)過程訓(xùn)練強(qiáng)度監(jiān)控參考指標(biāo)。在30分鐘折返跑中，為了更好的控制自變量對研究結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組和對照組也采用上述音樂片段完成相應(yīng)時間段的訓(xùn)練。

正式實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行7周，每周2次訓(xùn)練課(時長為25-40分鐘)，每次課包括5分鐘準(zhǔn)備活動，15-30分鐘訓(xùn)練(實(shí)驗(yàn)Ⅰ組進(jìn)行15分鐘訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組分別進(jìn)行30分鐘訓(xùn)練)和5分鐘靜態(tài)拉伸放松。實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組根據(jù)音樂節(jié)拍在兩條20米間距的標(biāo)志線間進(jìn)行折返跑，所有實(shí)驗(yàn)對象均佩帶Polar心率表對負(fù)荷強(qiáng)度和身體機(jī)能狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，記錄第一次和最后一次訓(xùn)練課的平均心率。

正式實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，三個組的實(shí)驗(yàn)對象均于第9周參加訓(xùn)練后測試，測試內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)前測試相同。

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 將原始數(shù)據(jù)錄入Excell表進(jìn)行初步整理；采用Spss22.0分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)和配對樣本T檢驗(yàn)分析，所測數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 研究結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)前后身體形態(tài)指標(biāo)的對比分析

表2數(shù)據(jù)表明：實(shí)驗(yàn)Ⅰ組實(shí)驗(yàn)后體重、骨骼肌質(zhì)量和體脂含量組內(nèi)檢驗(yàn)雖有下降，但未見顯著性變化；實(shí)驗(yàn)Ⅱ組實(shí)驗(yàn)后體重和體脂含量組內(nèi)檢驗(yàn)均有顯著性下降(P<0.01)，骨骼肌質(zhì)量雖有下降，但未見顯著性差異，其中體重指標(biāo)實(shí)驗(yàn)后組間檢驗(yàn)均有顯著性差異；對照組實(shí)驗(yàn)后體重和體脂含量組內(nèi)檢驗(yàn)均有顯著性下降(P<0.01)，骨骼肌質(zhì)量雖有下降，但未見顯著性差異。

表2 實(shí)驗(yàn)前后身體形態(tài)指標(biāo)變化一覽表

注：組內(nèi)比較：**P<0.01，*P<0.05；組間比較：△△P<0.01，△P<0.05，下同

2.2 實(shí)驗(yàn)前后身體機(jī)能指標(biāo)的對比分析

表3數(shù)據(jù)表明：實(shí)驗(yàn)Ⅰ組實(shí)驗(yàn)后肺活量、第一秒時間肺活量、最大攝氧量和平均心率組內(nèi)檢驗(yàn)雖有變化，但無顯著性差異；實(shí)驗(yàn)Ⅱ組實(shí)驗(yàn)后肺活量、第一秒時間肺活量、最大攝氧量組內(nèi)和組間檢驗(yàn)均有顯著性提高(P<0.01)，平均心率實(shí)驗(yàn)前后組內(nèi)檢驗(yàn)雖有下降，但無顯著性差異；對照組實(shí)驗(yàn)后肺活量和最大攝氧量組內(nèi)檢驗(yàn)均有顯著性變化(P<0.01)，第一秒時間肺活量和平均心率組內(nèi)檢驗(yàn)沒有顯著性變化。

2.3 實(shí)驗(yàn)前后身體素質(zhì)指標(biāo)的對比分析

表4數(shù)據(jù)表明：實(shí)驗(yàn)Ⅰ組實(shí)驗(yàn)后垂直縱跳、50秒跑、Beeptest、坐位體前屈和T形測試組內(nèi)檢驗(yàn)均無顯著性差異；實(shí)驗(yàn)Ⅱ組實(shí)驗(yàn)后Beeptest組內(nèi)和組間檢驗(yàn)均有顯著性差異，其它測試指標(biāo)雖有變化但無顯著性差異；對照組實(shí)驗(yàn)后Beeptest組內(nèi)檢驗(yàn)有顯著性差異，其它測試指標(biāo)無顯著性差異。

表3 實(shí)驗(yàn)前后身體機(jī)能指標(biāo)變化一覽表

3 分析與討論

3.1 不同負(fù)荷時間下的ETM低氧耐力訓(xùn)練對身體形態(tài)指標(biāo)的影響分析

人的體重主要由肌肉、脂肪、骨骼、水等成分構(gòu)成，各身體成分在人體生長發(fā)育成熟到逐漸衰老的增齡過程中會發(fā)生不同程度的變化，是反映和衡量一個人健康狀況的重要標(biāo)志之一。研究結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)后，三個組別實(shí)驗(yàn)對象的體重均有下降，但實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組有顯著性變化，說明實(shí)驗(yàn)Ⅰ組不能有效降低實(shí)驗(yàn)對象的體重；換言之，在體重測試指標(biāo)上，15分鐘ETM低氧耐力訓(xùn)練沒有達(dá)到傳統(tǒng)訓(xùn)練30分鐘的效果，該研究結(jié)果和其它研究沒有形成一致的認(rèn)識[6]。實(shí)驗(yàn)Ⅱ組體重下降幅度最為明顯，訓(xùn)練效果明顯好于其它兩個組。

肌肉是身體成分中最重要成分之一，在人體中約占體重的35%～40%，是體內(nèi)數(shù)量最多的一種組織，也是人體進(jìn)行身體活動的動力源，具有一定的骨骼肌力量水平也是人體進(jìn)行各種體力活動的基礎(chǔ)[7]。表2數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)對象的體重均有下降，其主要因素是體脂含量有著顯著性的下降(實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組)，而骨骼肌質(zhì)量并沒有顯著性變化。出現(xiàn)該結(jié)果可能是因?yàn)橛?xùn)練內(nèi)容是以跑步為主，沒有安排抗阻訓(xùn)練，所以該結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。從降低體脂含量的角度出發(fā)，實(shí)驗(yàn)Ⅱ組的效果最佳，對照組其次。從提高骨骼肌含量的角度出發(fā)，后續(xù)應(yīng)研究抗阻訓(xùn)練方案指導(dǎo)下的高海拔呼吸面罩對人體的影響。

3.2 不同負(fù)荷時間下的ETM低氧耐力訓(xùn)練對身體機(jī)能指標(biāo)的影響

身體機(jī)能是人體各器官系統(tǒng)的功能[8]，其中的心肺功能對于人體的運(yùn)動能力有著重要的作用。它反映了人體心臟泵血功能和肺部吸氧能力，且兩者的能力直接影響全身器官及肌肉的活動，具有人體中樞的調(diào)控作用[8]。肺活量反映了肺一次通氣的最大能力，是測定肺通氣功能簡單易行的指標(biāo)。時間肺活量是評價肺通氣功能的動態(tài)指標(biāo)，它不僅反映肺活量的大小，而且還能反映肺的彈性是否降低和呼吸阻力是否增加等情況。第一秒時間肺活量是在人體最大吸氣之后，以最快速度進(jìn)行最大呼氣，第1秒時間內(nèi)所能呼出氣量占最大用力呼氣量的百分比；表3數(shù)據(jù)表明：實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組實(shí)驗(yàn)后取得了顯著的訓(xùn)練效果，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組則沒有顯著性的變化。因此，在肺功能測試指標(biāo)中，15分鐘的ETM低氧耐力訓(xùn)練沒有達(dá)到傳統(tǒng)訓(xùn)練30分鐘的效果；30分鐘的ETM低氧耐力訓(xùn)練效果優(yōu)于傳統(tǒng)30分鐘訓(xùn)練效果。ETM通過調(diào)節(jié)不同的閥門可以減少吸入肺部的空氣量，實(shí)驗(yàn)對象只有通過深呼吸的方式獲得更多的氧氣，在外部環(huán)境刺激下，血液在肺部交換二氧化碳和氧氣的氣囊會被拉長，擴(kuò)大的氣囊會形成更多的空間，從而提高了血液的載氧能力[9]。也有研究表明：呼吸的專門性訓(xùn)練通過改善最大自主通氣，提高呼吸肌群力量和耐力，從而實(shí)現(xiàn)提高有氧競技水平的目的[10]。在本研究中，從實(shí)驗(yàn)對象VO2max的變化情況來看，ETM不能夠模擬真實(shí)高原訓(xùn)練所帶來的效果，沒有實(shí)現(xiàn)通過對呼吸肌的訓(xùn)練來提高人體的有氧運(yùn)動能力的目標(biāo)[11-14]。

表4 實(shí)驗(yàn)前后身體素質(zhì)指標(biāo)變化一覽表

VO2max是指在人體進(jìn)行最大強(qiáng)度的運(yùn)動，當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)無力繼續(xù)支撐接下來的運(yùn)動時，所能攝入的氧氣含量。是反映人體有氧運(yùn)動能力的重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組實(shí)驗(yàn)后VO2max均有顯著性提高，因此，不能說明實(shí)驗(yàn)Ⅱ組實(shí)驗(yàn)對象VO2max的變化是由ETM低氧耐力訓(xùn)練產(chǎn)生的；實(shí)驗(yàn)Ⅰ組實(shí)驗(yàn)后沒有表現(xiàn)出顯著性的差異或許是因?yàn)橛?xùn)練時間較短，沒有對機(jī)體形成深刻的刺激所造成。根據(jù)上述分析，ETM通過調(diào)節(jié)進(jìn)出氣口的阻力來模擬低氧訓(xùn)練環(huán)境，但本研究中實(shí)驗(yàn)對象處在該環(huán)境下的訓(xùn)練時間較短，不足以讓機(jī)體產(chǎn)生適應(yīng)性的變化。這或許是本研究中ETM低氧耐力訓(xùn)練沒有實(shí)質(zhì)性提高血液載氧能力的原因，后續(xù)研究應(yīng)通過對生理生化指標(biāo)的監(jiān)控以進(jìn)一步佐證本文的研究結(jié)果。

心率是指動脈血管壁的收縮和舒張而發(fā)生的規(guī)律性波動[15]。通過定量負(fù)荷負(fù)荷試驗(yàn)，對負(fù)荷前后心率變化及運(yùn)動后心率的恢復(fù)過程進(jìn)行比較，可以了解心臟功能及身體的綜合機(jī)能狀況。表3數(shù)據(jù)顯示：在定量負(fù)荷下，實(shí)驗(yàn)對象最后一次訓(xùn)練課平均心率，較實(shí)驗(yàn)前第一次訓(xùn)練課平均心率有所下降，但均未表現(xiàn)出顯著性的差異，這一方面說明實(shí)驗(yàn)對象的機(jī)體逐漸對訓(xùn)練產(chǎn)生適應(yīng)，另一方面也說明訓(xùn)練的時間或許較短，從而導(dǎo)致機(jī)體的這種適應(yīng)性并未表現(xiàn)出顯著性的差異?？梢灶A(yù)見的是，隨著實(shí)驗(yàn)時間的延長，實(shí)驗(yàn)對象的平均心率會逐漸下降，并呈現(xiàn)出顯著性的差異。而ETM在定量負(fù)荷運(yùn)動中對實(shí)驗(yàn)對象心率的具體影響則需要進(jìn)一步研究。

3.3 不同負(fù)荷時間下的ETM低氧耐力訓(xùn)練對身體素質(zhì)指標(biāo)的影響

體質(zhì)健康水平很大程度上取決于身體素質(zhì)水平，而身體素質(zhì)水平的實(shí)質(zhì)性提高則是由后天的體育鍛煉意識和鍛煉程度所決定的，絕非朝夕之事。表4數(shù)據(jù)表明：所有實(shí)驗(yàn)對象的下肢爆發(fā)力、速度和柔韌性雖有改善，但并未出現(xiàn)顯著性的變化，表明以跑步為手段的低氧耐力訓(xùn)練不能夠有效提高下肢爆發(fā)力、速度和柔韌等素質(zhì)，后續(xù)可以研究以抗阻訓(xùn)練為手段的低氧耐力訓(xùn)練對人體運(yùn)動素質(zhì)的影響；實(shí)驗(yàn)Ⅱ組和對照組的耐力水平有顯著性提高，表明15分鐘的ETM低氧耐力訓(xùn)練沒有對機(jī)體產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，換言之，該器材宣稱的“15分鐘ETM訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)30分鐘非ETM訓(xùn)練效果”或許只是一種商業(yè)噱頭。

4 結(jié) 論

在身體形態(tài)方面，持續(xù)一定時間的低氧耐力訓(xùn)練(30分鐘)能夠顯著性降低體重和體脂，但短時間的低氧耐力訓(xùn)練(15分鐘)對體重和體脂影響較小，且不能夠?qū)崿F(xiàn)30分鐘非低氧耐力訓(xùn)練效果。在身體機(jī)能方面，ETM低氧耐力訓(xùn)練不能有效提高機(jī)體最大攝氧量水平，對肺通氣功能的影響取決于訓(xùn)練時間長短。在身體素質(zhì)方面，短時間的低氧耐力訓(xùn)練(15分鐘)并沒有達(dá)到傳統(tǒng)耐力訓(xùn)練(30分鐘)對人體素質(zhì)的影響效果，因此，建議謹(jǐn)慎選擇訓(xùn)練器械，慎重對待訓(xùn)練器械商業(yè)宣傳語。意圖借助高大上的訓(xùn)練器械，在減少訓(xùn)練時間的同時獲取更好的訓(xùn)練效果或許是一種有違人類進(jìn)化歷程的錯誤想法。